JP2010161730A

JP2010161730A - 固体撮像装置及びカメラ

Info

Publication number: JP2010161730A
Application number: JP2009003766A
Authority: JP
Inventors: Shogo Numaguchi; 将吾沼口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】基板バイアスの安定化を図ると共に、電子シャッタの効果をも充分に発揮することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤ固体撮像素子の基板バイアス端子２３に第１の容量２６と、第１の容量よりも容量値の大きな第２の容量２７とを接続し、第１の容量２６については常時接地することとし、第２の容量２７については露光期間のみ接地することとする。なお、第２の容量を接地するか否かの切り替えについては、基板バイアス制御信号と同相である基板バイアス容量制御信号に基づいて行う。
【選択図】図３

Description

本発明は固体撮像装置及びカメラに関する。詳しくは、固体撮像素子の基板バイアス端子と基準電位との間に容量が接続された固体撮像装置及びこうした固体撮像装置を用いたカメラに係るものである。

従来、デジタルスチールカメラにおいて、電荷転送部にＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）レジスタを用いたＣＣＤ型固体撮像装置が使用されている。

このＣＣＤ型固体撮像装置は、光電変換手段を設けた複数の受光部を半導体基板上の撮像エリア内に２次元配列のマトリクス状に配置したものであり、各受光部に入射した光を受光部によって光電変換して信号電荷を生成する。生成した信号電荷を垂直転送レジスタ及び水平転送レジスタを介して出力部に設けたフローティングディフュージョンアンプに転送し、フローティングディフュージョンアンプの電位変動をＭＯＳトランジスタによって検出する。そして、ＭＯＳトランジスタによって検出された電気信号を変換及び増幅することによって映像信号として出力するといったものである。

ところで、一般に、デジタルスチールカメラで撮像を行う場合には、デジタルスチールカメラに取り付けられた液晶画面に被写体を動画として表示し、スチール写真として撮像したい映像を決定した後にスチール写真の撮像を行う。

この一連の撮像動作において、動画の撮像時（動画撮像モード時）にはスチール写真の撮像時と比較して高速での画像処理が必要とされる。そのため、個々の画素の信号を間引いて読み出し、垂直転送レジスタや水平転送レジスタで画素の信号を加算して画面の表示を行う間引き読み出しモードが用いられることが多い。

一方、スチール写真の撮像時（静止画撮像モード時）には精密な画像を得ることが必要とされる。そのために、読み出し時に個々の画素の信号の間引きや混合を行わずに各画素の信号を個々に出力して画面の表示を行う全画素読み出しモードが用いられることが多い（例えば、特許文献１参照。）。

そのために、画素加算を行わない静止画撮像モード時は固体撮像素子の基板バイアスを低めに設定して１画素当たりの飽和信号量を大きくしている。一方、画素加算を行う動画撮像モード時は固体撮像素子の基板バイアスを高めに設定して１画素当たりの飽和信号量を小さくすることで、垂直転送レジスタやフローティングディフュージョンアンプの取扱電荷量を超えない様に調整を行っている。

即ち、図８に示す固体撮像素子の深さ方向とポテンシャルとの関係を示した模式図を参照して説明すると、静止画撮像モード時に固体撮像素子の基板バイアスを低めに設定することで、静止画撮像モード時には図中符号Ａで示す様なポテンシャルの状態となる。なお、静止画撮像モード時における１画素当たりの飽和信号量は図中符号ａで示す量となる。一方、動画撮像モード時に固体撮像素子の基板バイアスを高めに設定することで、動画撮像モード時には図中符号Ｂで示す様なポテンシャルの状態となる。なお、動画撮像モード時における１画素当たりの飽和信号量は図中符号ｂで示す量となる。この様にして、静止画撮像モード時には飽和信号量が大きくなる様に制御する一方、動画撮像モード時には飽和信号量が小さくなる様に制御を行っているのである。

以下、従来の基板バイアス発生回路について説明を行い、従来の固体撮像装置の基板バイアスの発生方法について説明を行う。
図９は従来の基板バイアス発生回路を説明するための模式図であり、ここで示す基板バイアス発生回路では、主として可変抵抗回路１１１と、ソースフォロア回路１１２と、エミッタフォロア回路１１３とによって構成されている。

可変抵抗回路１１１は、ＳＵＢｉ端子に印加する電圧値によってその抵抗値を制御することが可能に構成されている。また、可変抵抗回路１１１と接続されたエミッタフォロア回路１１３を駆動するにあたりインピーダンスの低下を図るためにソースフォロア回路１１２が設けられている。なお、エミッタフォロア回路１１３によって、可変抵抗回路１１１及びソースフォロア回路１１２を経て入力された電圧値に応じた出力である基板バイアスＶｓｕｂが出力されることとなる。

また、ソースフォロア回路１１２とエミッタフォロア回路１１３のベースとを接続する配線は、外部抵抗１１４と接続されている。この外部抵抗１１４は、サブコントロール端子（ＳＵＢｃｏｎｔ端子）をオンの状態とすることで導通状態をなし、ＳＵＢｃｏｎｔ端子をオフの状態とすることで非導通状態をなすスイッチング素子１１５を介して接地されている。

上記の様に構成された従来の基板バイアス発生回路では、動画撮像モード時には、ＳＵＢｃｏｎｔ端子をオフの状態として、所望の飽和信号量が得られる基板バイアスＶｓｕｂとなる様に、ＳＵＢｉ端子に電圧印加を行っている。即ち、ＳＵＢｉ端子への印加電圧を調整することによって、動画撮像モード時の基板バイアスが所望の基板バイアス値となる様に、換言すると、動画撮像モード時に所望の飽和信号量となる様に調整を行っている。

一方、静止画撮像モード時には、ＳＵＢｃｏｎｔ端子をオンの状態として、接地された外部抵抗１１４を有効にすることで、エミッタフォロア回路１１３への入力電圧を下げてエミッタフォロア回路１１３の出力である基板バイアスＶｓｕｂを下げている。即ち、静止画撮像モード時には、エミッタフォロア回路１１３への入力電圧の一部を接地された外部抵抗１１４を介して逃がすことで、動画撮像モード時よりも基板バイアスＶｓｕｂを下げているのである。

ところで、固体撮像素子の基板バイアスを安定させるためには、大容量で基板バイアス端子を接地することが望ましい。一方、受光部で蓄積した信号電荷を排出するための電子シャッタの効果を高めるためには、小容量で基板バイアス端子を接地することが望ましい。

特開２００４−２２２１２８号公報

しかしながら、従来、固体撮像素子の基板バイアス端子はあらゆる駆動モードにおいて同一容量で接地していたために、基板バイアスの安定と同時に電子シャッタの効果をも高めることは極めて困難であった。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、基板バイアスの安定化を図ると共に、電子シャッタの効果をも充分に発揮することができる固体撮像装置及びカメラを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子と、該固体撮像素子の基板バイアス端子と基準電位との間に接続されると共に、その容量値が前記固体撮像素子の露光期間と非露光期間で変更可能に構成された容量とを備える。

また、上記の目的を達成するために、本発明のカメラは、固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像エリアに入射光を導く光学系と、前記固体撮像素子の基板バイアス端子と基準電位との間に接続されると共に、その容量値が前記固体撮像素子の露光期間と非露光期間で変更可能に構成された容量とを備える。

ここで、固体撮像素子と基準電位（例えば接地電位）との間に接続された容量の容量値が固体撮像素子の露光期間と非露光期間で変更可能に構成されたことによって、露光期間における容量の容量値を非露光期間における容量の容量値よりも大きくすることができる。

本発明の固体撮像装置及びカメラでは、露光期間における容量の容量値を非露光期間における容量の容量値よりも大きくすることができるために、基板バイアスの安定化を図ると共に、電子シャッタの効果をも充分に発揮することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施の形態」と称する。）について説明を行う。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第１の実施の形態の変形例
３．第２の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ型固体撮像装置１を説明するための模式図である。そして、ここで示すＣＣＤ型固体撮像装置１は、主としてＣＣＤ型固体撮像素子２と、基板バイアス発生回路３と、タイミング発生回路６によって構成されている。

［ＣＣＤ型固体撮像素子について］
ＣＣＤ型固体撮像素子２には、受光部７と垂直転送レジスタ８とによって撮像エリア９が構成されている。
ここで、受光部７は、行（垂直）方向及び列（水平）方向にマトリクス状に配列されており、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。また、受光部７は例えばＰＮ接合のフォトダイオードから構成されており、受光部７に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部１０に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加されることにより垂直転送レジスタ８に読み出されることとなる。

また、垂直転送レジスタ８は、受光部７の垂直列毎に設けられ、例えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間にて１走査線に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。

更に、垂直転送レジスタ８において、１相目及び３相目の転送電極は読み出しゲート部１０のゲート電極を兼ねている。このことから、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目の転送クロックφＶ１と３相目の転送クロックφＶ３は低レベル、中間レベル及び高レベルの３値を採るように設定されている。なお、高レベルのパルスが読み出しゲート部１０に与えられる読み出しパルスＸＳＧとなる。

また、撮像エリア９の図面上の下側には、水平転送レジスタ１１が配置されている。ここで、水平転送レジスタ１１は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１及びφＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直転送レジスタ８から転送された１ライン分の信号電荷を水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。

更に、水平転送レジスタ１１の転送先の端部には、例えばフローティングディフュージョンアンプ構成の電荷電圧変換部１２が設けられている。ここで、電荷電圧変換部１２は、水平転送レジスタ１１によって水平転送された信号電荷を順次電圧信号に変換して出力するものである。なお、変換された電圧信号は、出力回路１３を経た後に、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力として、出力端子４から外部に出力されることとなる。

上述した撮像エリア９、水平転送レジスタ１１及び電荷電圧変換部１２は半導体基板１４上に形成され、これらが形成されることによって、インターライン転送方式のＣＣＤ型固体撮像素子が構成されることとなる。

［受光部及びその周辺の半導体基板深さ方向の構造］
図２は、受光部７及びその周辺の半導体基板１４方向の構造を示す模式的な断面図である。図２において、例えばＮ型の半導体基板１４の表面にＰ型のウェル領域３１が形成されており、このウェル領域３１の表面にはＮ^＋型の信号電荷蓄積領域３２が形成されている。更に、信号電荷蓄積領域３２の上にＰ^＋型の正孔蓄積領域３３が形成されることにより、いわゆるＨＡＤ（正孔蓄積ダイオード）構造の受光部７が構成されている。

この受光部７に蓄積される信号電荷の電荷量は、Ｐ型のウェル領域３１で構成されるオーバーフロードレインＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによって決定される。即ち、このオーバーフローバリアＯＦＢは、受光部７に蓄積される飽和信号量Ｑｓを決めるものである。なお、蓄積電荷量がこの飽和信号量Ｑｓを超えた場合には、その超えた分の信号電荷がポテンシャルバリアを超えて半導体基板１４側へ掃き出されることとなる。

この様にして、いわゆる縦型オーバーフロードレイン構造の受光部７が構成されており、縦型オーバーフロードレイン構造においては、半導体基板１４がオーバーフロードレインとなる。なお、受光部７において、飽和信号量Ｑｓは、デバイスのＳ／Ｎ特性、垂直転送レジスタ１１の取扱電荷量等によって決定されるが、製造バラツキによりオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルにバラツキが生じることとなってしまう。
こうしたオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルは、オーバーフロードレインバイアス、即ち、後述する基板バイアスＶｓｕｂによって制御が可能である。

ところで、受光部７の横方向には、読み出しゲート部１０を構成するＰ型領域３４を介してＮ^＋型の信号電荷転送領域３５及びＰ^＋型のチャネルストップ領域３６が形成されている。信号電荷転送領域３５の下には、スミア成分の混入を防止するためのＰ^＋型の不純物拡散領域３７が形成されている。更に、信号電荷転送領域３５の上方には、ゲート絶縁膜３８を介して例えば多結晶シリコンからなる転送電極３９が配されることにより、垂直転送レジスタ８が構成されている。転送電極３９は、Ｐ型領域３４の上方に位置する部分が読み出しゲート部１０のゲート電極を兼ねている。

また、垂直転送レジスタ８の上方には、転送電極３９を覆うようにして層間膜４０を介してアルミニウム遮光膜４１が形成されている。このアルミニウム遮光膜４１は、受光部７の領域が選択的にエッチング除去されており、外部からの光はこのエッチング除去によって形成された開口４２を通して受光部７内に入射することとなる。そして、半導体基板１４には、上述した様に、受光部７に蓄積される信号電荷の電荷量を決定する、即ちオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルを決める基板バイアスＶｓｕｂが印加される様に構成されている。

なお、基板バイアスＶｓｕｂは、後述する基板バイアス発生回路３によって、デバイス個々の製造バラツキに伴う受光部７におけるオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルのバラツキを考慮してチップ毎に最適値に設定され、半導体基板１４に供給される。

［タイミング発生回路について］
タイミング発生回路６は、上記のＣＣＤ型固体撮像素子２を駆動するための４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４及び２相の水平転送クロックφＨ１、φＨ２を発生する。

ここで、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４は、半導体基板１４上に形成された端子１５ａ〜１５ｄを介してＣＣＤ型固体撮像素子２に供給されることとなる。また、２相の水平転送クロックφＨ１及びφＨ２は、半導体基板１４上に形成された端子１６ａ，１６ｂを介してＣＣＤ型固体撮像素子２に供給されることとなる。

また、タイミング発生回路６は、垂直転送クロック及び水平転送クロックの外にも、受光部７に蓄積された信号電荷を半導体基板１４へ掃き出すためのシャッタパルスφＳＵＢ等の各種のタイミング信号をも適宜発生する。

［基板バイアス発生回路について］
基板バイアス発生回路３は、図３で示す様に、主として可変抵抗回路１７と、ソースフォロア回路１８と、エミッタフォロア回路１９によって構成されており、半導体基板１４をバイアスする基板バイアスＶｓｕｂを発生する。

可変抵抗回路１７は、ＳＵＢｉ端子に印加する電圧値によってその抵抗値を制御することが可能に構成されている。また、可変抵抗回路１７と接続されたエミッタフォロア回路１９を駆動するにあたりインピーダンスの低下を図るためにソースフォロア回路１８が設けられている。なお、エミッタフォロア回路１９によって、可変抵抗回路１７及びソースフォロア回路１８を経て入力された電圧値に応じた出力である基板バイアスＶｓｕｂが出力されることとなる。

ここで、可変抵抗回路１７は電源電圧Ｖｄｄの変動が及ぼす基板バイアスＶｓｕｂへの影響を抑制するためのインバータ回路として構成されており、エミッタフォロア回路１９のベースとソースフォロア回路１８とを接続する配線は外部端子２０と接続されている。また、外部端子２０は外部抵抗２１の一端と接続され、外部抵抗２１の他端はその一端が接地されたスイッチング素子２２の他端と接続されている。

また、スイッチング素子２２は、サブコントロール端子（ＳＵＢｃｏｎｔ端子）をオンの状態とすることで導通状態をなし、ＳＵＢｃｏｎｔ端子をオフの状態とすることで非導通状態をなす様に構成されている。

なお、スイッチング素子２２をオフの状態として、動画撮像モード時における所望の飽和信号量が得られる基板バイアスＶｓｕｂとなる様に、ＳＵＢｉ端子に電圧印加を行っている。即ち、ＳＵＢｉ端子への印加電圧を調整することによって、動画撮像モード時に基板バイアスが所望の基板バイアス値となる様に、換言すると、動画撮像モード時に所望の飽和信号量となる様に調整を行っている。

また、エミッタフォロア回路１８のコレクタは外部端子２３と接続されており、外部端子２３には、基板バイアス容量制御回路２４が接続されている。なお、ここでの基板バイアス容量制御回路２４は、「固体撮像素子の基板バイアス端子と基準電位との間に接続されると共に、その容量値が固体撮像素子の露光期間と非露光期間で変更可能に構成された容量」の一例である。また、外部端子２３は基板バイアスＶｓｕｂを出力するエミッタフォロア回路１９のコレクタと接続されていることから、基板バイアス端子として機能することとなる。また、外部端子２３は、タイミング発生回路６のシャッタパルスφＳＵＢの出力端子と接続されている。

［基板バイアス容量制御回路について］
基板バイアス容量制御回路２４は、図４で示す様に、主として抵抗２５と、第１の容量２６と、第２の容量２７と、スイッチング素子２８によって構成され、抵抗２５と第１の容量２６と第２の容量２７とは並列接続されている。なお、第１の容量の容量値は第２の容量の容量値よりも小さなものである。

また、抵抗２５の一端は外部端子２３と接続され、他端は接地されている。同様に、第１の容量２６の一端は外部端子２３と接続され、他端は接地されている。更に、第２の容量２７はスイッチング素子２８を介して外部端子２３と接続され、他端は接地されている。

また、スイッチング素子２８は、基板バイアス容量コントロール端子（Ｃｃｏｎｔ端子）をオンの状態とすることで導通状態をなし、Ｃｃｏｎｔ端子をオフの状態とすることで非道通状態をなす様に構成されている。

ここで、本実施の形態では、第１の容量２６の他端及び第２の容量２７の他端が接地されている場合を例に挙げて説明を行っているが、必ずしも接地される必要は無く、任意の基準電位と接続されていれば充分である。

［固体撮像装置の動作］
以下、上記の様に構成された固体撮像装置の動作について説明を行う。ここでは、基板バイアス制御信号がＳＵＢｃｏｎｔ端子に印加され、基板バイアス容量制御信号がＣｃｏｎｔ端子に印加される場合を例に挙げて説明を行う。

なお、図５で示す様に、基板バイアス制御信号は露光期間にハイレベル（Ｈレベル）となり、非露光期間にローレベル（Ｌレベル）となるパルスである。同様に、基板バイアス容量制御信号についても露光期間にＨレベルとなり、非露光期間にＬレベルとなるパルスである。

本発明を適用した固体撮像装置では、図５中符号ｘで示すモニタリングモード（非露光期間）において、基板バイアス制御信号がＬレベルであるために、ＳＵＢｃｏｎｔ端子がオフの状態となる。そのために、モニタリングモードでは、ＳＵＢｉ端子への印加電圧によって調整を行った動画撮像モード時に所望の飽和信号量が得られる基板バイアスＶｓｕｂが実現できることとなる。

また、モニタリングモードでは、基板バイアス容量制御信号がＬレベルであるため、Ｃｃｏｎｔ端子がオフの状態となる。そのために、モニタリングモードでは、第１の容量２６のみが接地されることとなり、第２の容量２７は接地されないこととなる。

次に、カメラのシャッタタイミングを示す図５中符号ＴＲＧで示すパルスがＬレベルとなると、図５中符号ｙで示す露光期間が開始することとなり、基板バイアス制御信号及び基板バイアス容量制御信号がＨレベルとなる。

ここで、露光期間は基板バイアス制御信号がＨレベルであるために、ＳＵＢｃｏｎｔ端子がオンの状態となる。そのために、露光期間では、接地された外部抵抗２１が有効となり、基板バイアス発生回路３を構成するエミッタフォロア回路１９の入力電圧を下げることができ、結果としてエミッタフォロア回路１９からの出力である基板バイアスＶｓｕｂを下げることができる。即ち、露光期間ではエミッタフォロア回路１９への入力電圧の一部を接地された外部抵抗２１を介して逃がすことで、モニタリングモードよりも基板バイアスＶｓｕｂを下げることができるのである。

また、露光期間は基板バイアス容量制御信号がＨレベルであるため、Ｃｃｏｎｔ端子がオンの状態となる。そのために、露光期間では、第１の容量２６のみならず、第２の容量２７をも接地されることとなる。

続いて、カメラのシャッタタイミングから所定期間経過後にメカニカルシャッタが閉じることによって、露光期間が終了して図５中符号ｚで示すフレーム読み出しモード（非露光期間）が開始することとなる。なお、フレーム読み出しモードでは、基板バイアス制御信号及び基板バイアス容量制御信号がＬレベルとなる。

ここで、フレーム読み出しモードは基板バイアス制御信号がＬレベルであるために、ＳＵＢｃｏｎｔ端子がオフの状態となる。そのために、フレーム読み出しモードでは、ＳＵＢｉ端子への印加電圧によって調整を行った動画撮像モード時に所望の飽和信号量が得られる基板バイアスＶｓｕｂが実現できることとなる。

また、フレーム読み出しモードでは基板バイアス容量制御信号がＬレベルであるために、Ｃｃｏｎｔ端子がオフの状態となる。そのために、フレーム読み出しモードでは、第１の容量２６のみが接地されることとなり、第２の容量２７は接地されないこととなる。

本発明を適用した固体撮像装置では、モニタリングモード及びフレーム読み出しモードといった非露光期間において、基板バイアスＶｓｕｂを高めに設定することができ、１画素当たりの飽和信号量を小さくすることができる。なお、１画素当たりの飽和信号量を小さくすることで、画素加算を行ったとしても、垂直転送レジスタやフローティングディフュージョンアンプの取扱電荷量を超えることがない。

また、非露光期間において、第１の容量２６のみを接地させることで外部端子２３を小容量で接地することができ、シャッタパルスφＳＵＢの振幅を損なうことなく、電子シャッタの効果を充分に発揮することが可能となる。
即ち、外部端子２３を大容量接地している場合には、外部端子２３に印加されるシャッタパルスφＳＵＢの振幅が低下し、電子シャッタの効果が低減してしまうといった弊害が考えられる。これに対して、外部端子２３を小容量接地することによって、上述の通り、電子シャッタの効果を充分に発揮することができるのである。

更に、本発明を適用した固体撮像装置では、露光期間において、基板バイアスＶｓｕｂを低めに設定することができ、１画素当たりの飽和信号量を大きくすることができる。

また、露光期間において、第１の容量２６のみならず、第２の容量２７をも接地させることで外部端子２３を大容量で接地することができ、基板バイアスＶｓｕｂを安定することができる。特に、低輝度の被写体を撮影するために露光時間を長時間確保する長時間露光モードで受光部７の飽和信号量限界付近の信号量を取り扱う際には、外部端子２３が他のクロックのカップリングノイズの影響を受けやすい。そして、外部端子２３がカップリングノイズの影響を受けることで受光部７のオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルが変動し、信号電荷が基板バイアス方向に排出されてしまうといった弊害が考えられる。これに対して、外部端子２３を大容量接地することによって、上述の通り、基板バイアスＶｓｕｂを安定することができる。

＜２．変形例＞
［基板バイアス容量制御回路について］
上記した第１の実施の形態では、第１の容量２６は常時接地されて、第２の容量２７は露光期間のみ接地される構成の基板バイアス容量制御回路２４を例に挙げて説明を行っている。しかし、基板バイアス容量制御回路２４は、非露光期間に外部端子２３を小容量接地すると共に、露光期間に外部端子２３を大容量接地することができれば充分であり、必ずしも上記した第１の実施の形態で示す基板バイアス容量制御回路の構成である必要は無い。

例えば、図６で示す様に、主として抵抗６１と、第１の容量６２と、第２の容量６３と、第１のスイッチング素子６４と、第２のスイッチング素子６５によって構成され、露光期間と非露光期間とで接地される容量を切り替えても良い。

具体的には、抵抗６１の一端は外部端子２３と接続され、他端は接地された回路構成とする。また、第１の容量６２の一端は第１のスイッチング素子６４を介して外部端子２３と接続され、他端は接地された回路構成とする。更に、第２の容量６３の一端は第２のスイッチング素子６５を介して外部端子２３と接続され、他端は接地された回路構成とする。なお、第１の容量６２の容量値は第２の容量６３の容量値よりも小さなものである。

そして、第１のスイッチング素子６４に基板バイアス容量制御信号の反転信号を印加し、第２のスイッチング素子６５に基板バイアス容量制御信号を印加することで、露光期間と非露光期間とで接地する容量を切り替えても良い。

即ち、非露光期間（モニタリングモード及びフレーム読み出しモード）では基板バイアス容量制御信号がＬレベルであるために、第１のスイッチング素子６４は導通状態となり、第２のスイッチング素子６５は非導通状態となる。つまり、非露光期間では、第１の容量６２のみが接地されることとなる。一方、露光期間では基板バイアス容量制御信号がＨレベルであるために、第１のスイッチング素子６４は非導通状態となり、第２のスイッチング素子６５は導通状態となる。つまり、露光期間では、第２の容量６３のみが接地されることとなる。この様に、露光期間と非露光期間とで接地される容量を切り替えることによって、非露光期間に外部端子２３を小容量接地すると共に、露光期間に外部端子２３を大容量接地する回路構成を採っても良い。

［基板バイアス容量制御信号について］
上記した第１の実施の形態では、基板バイアス制御信号と基板バイアス容量制御信号は、露光期間にＨレベルとなり非露光期間にＬレベルとなる点で共通している。従って、基板バイアス容量制御信号は基板バイアス制御信号を代用しても良い。
特に、近年のデバイスにおいては、露光期間と非露光期間において基板バイアスＶｓｕｂを個別に設定することが一般的となっているために、基板バイス制御信号を基板バイアス容量制御信号の代用として用いることが充分に可能である。なお、基板バイアス制御信号を基板バイアス容量制御信号の代用として用いる場合には、既存のシステムからの変更が極めて容易に実現することとなる。

＜３．第２の実施の形態＞
［カメラの構成］
図７は本発明を適用したカメラの一例であるＣＣＤ型カメラ５０を説明するための模式図である。そして、ここで示すＣＣＤ型カメラ５０は、上記した第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置１を撮像デバイスとして用いたものである。

本発明を適用したＣＣＤ型カメラ５０では、被写体（図示せず）からの光は、レンズ５１等の光学系及びメカニカルシャッタ５２を経てＣＣＤ型固体撮像装置５３の撮像エリア９に入射することとなる。なお、メカニカルシャッタ５２は、ＣＣＤ型固体撮像装置５３の撮像エリア９への光の入射を遮断して露光期間を決めるためのものである。

ここで、ＣＣＤ型固体撮像装置５３は、上記した第１の実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１が用いられ、上述したタイミング発生回路６や駆動系等を含むＣＣＤ駆動回路５４によって駆動されることとなる。

また、ＣＣＤ型固体撮像装置５３の出力信号は、次段の信号処理回路５５によって、自動ホワイトバランス調整等の種々の信号処理が行われた後、撮像信号として外部に導出されることとなる。なお、メカニカルシャッタ５２の開閉制御、ＣＣＤ駆動回路５４の制御、信号処理回路５５の制御等は、システムコントローラ５６によって行われることとなる。

こうしたＣＣＤ型カメラ５０においては、先ず、メカニカルシャッタ５２が開いた状態の高速撮像期間においてスチール写真として撮像したい映像を決定する。この高速撮像期間では、撮像中の画像をモニタに映し出すモニタリングや、アイレス（図示せず）の開度を制御することによって露光を調整する自動アイリス制御等が行われる。また、レンズ５１の光軸方向の位置を制御することによって焦点を調整する自動フォーカス制御や、ホワイトバランスをとる自動ホワイトバランス制御等の各種の自動制御が行われる。

次に、スチール写真として撮像したい映像が決定し、シャッタ（図示せず）が押されると、これに応答して数ｍｓのパルス幅のトリガパルスＴＲＧが発生し、その期間においてシャッタパルスφＳＵＢが数個発生する。こうしたシャッタパルスφＳＵＢによって、全ての受光部７の信号電荷が半導体基板１４に掃き捨てられることとなる。そして、ある一定期間の露光期間が経過すると、メカニカルシャッタ５２が閉じ、例えばフレーム読み出しによって全画素の信号電荷を読み出す全画素読み出し期間に入ることとなる。

この全画素読み出し期間においては、先ず、垂直転送レジスタ８の高速転送駆動によって垂直転送レジスタ８中の信号電荷が掃き出される。そして、垂直転送クロックφＶ１に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、第１フィールドの各画素の信号電荷が読み出される。第１フィールドの信号電荷の読み出し後、再び高速転送駆動によって垂直転送レジスタ８中の信号電荷が掃き出され、続いて垂直転送クロックφＶ３に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、第２フィールドの各画素の信号電荷が読み出されることとなる。

本発明を適用したＣＣＤ型カメラ５０では、上述した本発明を適用した固体撮像装置１を採用しているために、非露光期間において外部端子２３を小容量で接地することができ、電子シャッタ効果を充分に発揮することが可能となる。また、露光期間において外部端子２３を大容量で接地することができ、基板バイアスＶｓｕｂを安定することができる。

本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ型固体撮像装置を説明するための模式図である。受光部及びその周辺の半導体基板深さ方向の構造を説明するための模式図である。基板バイアス発生回路を説明するための模式図である。基板バイアス容量制御回路を説明するための模式図である。タイミングチャートの一例を示す図である。基板バイアス容量制御回路の変形例を説明するための模式図である。本発明を適用したカメラの一例であるＣＣＤ型カメラを説明するための模式図である。固体撮像素子の深さ方向とポテンシャルとの関係を示した模式図である。従来の基板バイアス発生回路を説明するための模式図である。

１ＣＣＤ型固体撮像装置
２ＣＣＤ型固体撮像素子
３基板バイアス発生回路
４出力端子
６タイミング発生回路
７受光部
８垂直転送レジスタ
９撮像エリア
１０読み出しゲート部
１１水平転送レジスタ
１２電荷電圧変換部
１３出力回路
１４半導体基板
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ端子
１６ａ、１６ｂ端子
１７可変抵抗回路
１８ソースフォロア回路
１９エミッタフォロア回路
２０外部端子
２１外部抵抗
２２スイッチング素子
２３外部端子
２４基板バイアス容量制御回路
２５抵抗
２６第１の容量
２７第２の容量
２８スイッチング素子
３１ウェル領域
３２信号電荷蓄積領域
３３正孔蓄積領域
３４Ｐ型領域
３５信号電荷転送領域
３６チャネルストップ領域
３７不純物拡散領域
３８ゲート絶縁膜
３９転送電極
４０層間膜
４１アルミニウム遮光膜
４２開口
５０ＣＣＤ型カメラ
５１レンズ
５２メカニカルシャッタ
５３ＣＣＤ型固体撮像装置
５４ＣＣＤ駆動回路
５５信号処理回路
５６システムコントローラ
６１抵抗
６２第１の容量
６３第２の容量
６４第１のスイッチング素子
６５第２のスイッチング素子

Claims

固体撮像素子と、
該固体撮像素子の基板バイアス端子と基準電位との間に接続されると共に、その容量値が前記固体撮像素子の露光期間と非露光期間で変更可能に構成された容量とを備える
固体撮像装置。
前記固体撮像素子の露光期間における前記容量の容量値は、前記固体撮像素子の非露光期間における前記容量の容量値よりも大きい
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子の駆動モードに応じて基板バイアスを制御するための基準信号として印加される基板バイアス制御信号に基づいて前記容量の容量値を変更可能に構成された
請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
前記基準電位は接地電位である
請求項１、請求項２または請求項３に記載の固体撮像装置。
固体撮像素子と、
該固体撮像素子の撮像エリアに入射光を導く光学系と、
前記固体撮像素子の基板バイアス端子と基準電位との間に接続されると共に、その容量値が前記固体撮像素子の露光期間と非露光期間で変更可能に構成された容量とを備える
カメラ。